【正文】 10mA 儲(chǔ)存溫度 ………… － 65℃～ 150℃ 引出端符號(hào)： A0～ A3。禁止端 INH為高電平 時(shí)，全部開(kāi)關(guān)都關(guān)斷。 模擬開(kāi)關(guān)電路 4067 的工作原理 4067相當(dāng)于一個(gè)單刀十六擲開(kāi)關(guān)，具體接通哪一通道，由輸入地址碼 A、 B、C、 D來(lái)決定，是一個(gè)可以用數(shù)字信號(hào)控制的 16選 1的模擬開(kāi)關(guān)，它的引腳封裝見(jiàn)圖25所示。 （ 6）繼續(xù)下一次轉(zhuǎn)換。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 （ 5）結(jié)束本次操作。在第一個(gè) SCLK 的下降沿時(shí)， DOUT()端產(chǎn)生數(shù)據(jù)的最高位。 （ 4）讀出轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)。 （ 3）等待 A/D 轉(zhuǎn)換完成。 （ 2）啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。由 輸出所通道編碼。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)傳感器和放大器轉(zhuǎn)換和處理的模擬信號(hào)通過(guò) 4067 多路選擇，分時(shí)將其中一路信號(hào)傳送到 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 中，選擇通道的控制信號(hào)由 89C51 的 P1 端口輸出。多路選擇 器 4067 是一個(gè) 16 選 1 模擬開(kāi)關(guān)電路，通過(guò)它可以由軟件分時(shí)選通各個(gè)模擬通道的輸入。 在本系統(tǒng)中，最多可以進(jìn)行 16 通道的模擬量輸入。信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化 的電信號(hào)。模擬輸入和 A/D 轉(zhuǎn)換控制電路如圖 45所示。 89C51作為主設(shè)備，由 SCLK 信號(hào)，時(shí)鐘頻率最高位 。 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187和微處理器之間通過(guò)同步串行通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 89C51CHMOS 工藝 , 耗電少 , 還提供兩種節(jié)電工作方式：等待工作方式；掉電工作方式。 程序執(zhí)行方式是單片機(jī)基本工作方式，可以分為連續(xù)執(zhí)行方式和單步執(zhí)行方式。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 44 89C51 復(fù)位電路 ⑴ .上電自動(dòng)復(fù)位 在單片機(jī)系統(tǒng)接通電源時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路。并且維持兩個(gè)機(jī)器周期 (即 24個(gè)振蕩周期 )以上，單片機(jī)就進(jìn)入復(fù)位方式，系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作， 89C51單片機(jī)復(fù)位后，各部件的初始值是一定的。 圖 43 89C51 的存儲(chǔ)器空間配置 單片機(jī)有三種工作方式：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、節(jié)電工作方式。其 中低 128 字節(jié)為片內(nèi)RAM，地址為 00H— 7FH，高 128 字節(jié)內(nèi)有 21 個(gè)特殊功能寄存器 SFR，地址空間為 80H— FFH。 片外 64KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，用 16 位地址尋址，地址范圍為 0000H— FFFFH。有各自的訪問(wèn)指令，不同的尋址方式，不同的控制信號(hào)。哈佛結(jié)構(gòu)把程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)單獨(dú)編址。 89C51 單片機(jī)中使用了哈佛存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。 ⑷ . 指令周期： CPU 從取出指令到執(zhí)行完所需要的時(shí)間。 ⑶ . 機(jī)器周期： CPU 完成一個(gè)基本的操作所需的時(shí)間。 ⑵ .狀態(tài)周期（時(shí)鐘周期）：是振蕩周期的兩倍。 圖 42 89C51 采用片內(nèi)振蕩器的時(shí)鐘電路 在 89C51 單片機(jī)中，基本的時(shí)序定時(shí)單位有： ⑴ .振蕩周期：為單片機(jī)提供定時(shí)的振蕩源信號(hào)的周期。采用外部時(shí)鐘時(shí)， XTAL1 輸入外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)， XTAL2 懸空。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 基于 89C51 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示： 圖 41 89C51 單片機(jī) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能框圖 89C51 單片機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì) 89C51 內(nèi)部有一個(gè)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，完成時(shí)序信號(hào)的產(chǎn)生。 電源： DC+5V、 DC+12V。 顯示器： 6 位 LED 顯示器和 8 個(gè)發(fā)光二極管指示燈，由 8255A 驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)掃描顯示。 串行通信接口： MAX485，提供 RS485 異步串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，和上位機(jī)通信。 看門狗定時(shí)器： X5045（帶 EEPROM、上電復(fù)位、降壓管理的看門狗定時(shí)器電路）。 A/D 轉(zhuǎn)換器： MAX187（ 12 位串行接口 A/D 轉(zhuǎn)換器）。 數(shù)據(jù)采集： 16 通道模擬量輸入。 123 44 . 7 u F8 選 1 信 號(hào) 輸 入V D DA I NS H D NR E F1 0 u F 0 . 1 u FS C L KC SD O U TG N DM A X 1 8 787 65P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2G N DA T 8 9 C 5 1北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 4 模擬量輸入系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)的方案如下： CPU： 89C51 單片機(jī)。由于 MAX187 內(nèi)部有 參考電源，所以只需在 REF 引腳上接 F 電容，用參考電源提供工作電壓。這里我們采用軟件合成的方式模擬 SPI 接口將單片機(jī)與 MAX187連接，從而完成串行數(shù)據(jù)的 A/ D 轉(zhuǎn)換。 如圖 33 所示， 89C51 利用 模擬 MCU 的 SPI 數(shù)據(jù)輸出端（ MOSI），連接到 MAX187 的 SPISI 數(shù)據(jù)輸入端；利用 模擬 SPI 的 SCK 時(shí)鐘信號(hào)輸出端，連北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 接到 MAX187 的 SPICK 時(shí)鐘輸入端；利用 模擬 SPI 的從機(jī)選擇端 CS，輸出片選信號(hào)，連接到 MAX187 的 CS 端；利用 模擬 SPI 的數(shù)據(jù)輸入端（ MISO），連接到 MAX187 的 SPISO 數(shù)據(jù)輸出 端。根據(jù)數(shù)據(jù)傳送的波特率即字節(jié)中每一位的傳送時(shí)間，我們便可用普通 I/O 口來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)串行通信的時(shí)序。如數(shù)據(jù)傳送的波特率為 1200 波特，采用 幀格式（ 10 位），則每秒傳送字節(jié)為 120 個(gè)，而字節(jié)中每一位傳送時(shí)間即為波特率的倒數(shù)： T=I/1200=。上述字符格式通常作為一個(gè)串行幀，如無(wú)奇偶校驗(yàn)位，即為常見(jiàn)的 幀格式 。 其后為 7 或 8 位的數(shù)據(jù)編碼，第 8 位通常做為奇偶校驗(yàn)位。 異步通信采用用異步傳送格式，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收均將起始位和停止位作為開(kāi)始和結(jié)束的標(biāo)志。單片機(jī)在通過(guò) SPI 總線接口工作時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)逐位從輸出引腳（ MOSI）輸出（高位在前），同時(shí)從輸入引腳（ MISO）逐位接收（高位在前）數(shù)據(jù)。但是，對(duì)于不同的芯片，有的是采用 SCK 的上升沿起作用，有的是北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 采用 SCK 的下降沿起作用，使用時(shí)應(yīng)加注意。當(dāng) SPI 工作時(shí)，作為主機(jī)的單片機(jī)在啟動(dòng)一次傳送時(shí)要連續(xù)產(chǎn)生 8 個(gè)時(shí)鐘信號(hào) SCK，作為同步時(shí)鐘，控制串行數(shù)據(jù)的輸入或輸出。系統(tǒng)里可以連接多個(gè)單片機(jī)，但是在有多個(gè) SPI 接口的單片機(jī)時(shí)，應(yīng)區(qū)別其主從地位，某一時(shí)刻只能一個(gè)主器件。外部接口器件有片選端 CS。 圖 31 是 SPI 總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)示意圖： 圖 31 SPI 總線系統(tǒng)連接圖 SPI 總線包括三條信號(hào)線： 時(shí)鐘線 SCK、數(shù)據(jù)線 MOSI 和 MISO。在一些單片機(jī)和嵌入式處理器中配置了 SPI 接口，因此可直接 與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口。大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，省掉了很多常規(guī)電路中的接口器件，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。 ? 接口共使用 4 條信號(hào)線： 主機(jī)輸出的低電平有效的從機(jī)選擇線 CS (SS) 主機(jī)輸出 /從機(jī)輸入的數(shù)據(jù)線 MOSI 主機(jī)輸入 /從機(jī)輸出的數(shù)據(jù)線 MISO 主機(jī)輸出用于同步的串行時(shí)鐘信號(hào)線 SCK ? SPI 有較高的數(shù)據(jù)傳送速度，主機(jī)方式最高速率可達(dá) Mb/s； ? SPI 串行接口設(shè)備可以提供頻率可編程的時(shí)鐘信號(hào)和發(fā)送結(jié)束的中斷標(biāo)志；并北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 具有寫沖突保護(hù)、總線競(jìng)爭(zhēng)保護(hù)等功能。 SPI 總線主要特性： ? SPI 總線是全雙工同步串行通信標(biāo)準(zhǔn)，可以同時(shí)同步傳送和接收 8 位數(shù) 據(jù)； ? SPI 串行接口設(shè)備可以配置為主或從操作模式； 接口設(shè)備工作于主機(jī)模式時(shí)，要提供同步時(shí)鐘信號(hào)，并決定要選中的從機(jī)，發(fā)出從機(jī)片選信號(hào)。它用于 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式同步傳送和接收 8 位數(shù)據(jù)。用軟件模擬就是按照 SPI 總線數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序要求和要傳送的數(shù)據(jù)，對(duì)相應(yīng)的 I/O 線進(jìn)行置“ 1”、置“ 0”和讀寫的操作，包括串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和輸出信號(hào)。89C51 這類的單片機(jī)雖然沒(méi)有專門的同步串行總線接口，但是，它們可以利用自己的少數(shù)幾根 I/O 口線，通過(guò)軟件模擬通信協(xié)議，進(jìn)行同步串行總線外設(shè)接口芯片擴(kuò)展，更具有靈活方便的特點(diǎn)。 ? SCLK （ 8 腳）：串行時(shí) 鐘信號(hào)輸入端最高頻率為 5MHz。 ? CS（ 7 腳）：片選輸入端。 ? GND（ 5 腳）：接地。使用內(nèi)部參考電源電壓為 ，需要 F電容接地。低電平為待機(jī)模式；高電平或懸空為正常操作，其中高電平時(shí)使用內(nèi)部參考電源，懸空時(shí)，禁止內(nèi)部參考電源且允許使用外部參考電源。 ? AIN（ 2 腳）：模擬量輸入，范圍為 0V— VREF（ 0V— ）。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 MAX187特點(diǎn)及引腳 MAX187的 主要 特點(diǎn) ： ? 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換精度； ? 內(nèi)部采樣 /保持電路， 采樣速率 75KHz； ? 內(nèi)部 緩存的參考電壓 ； ? 3 線串行接口和處理器通信，并且兼容 SPI、 QSPI 和 Microwire 同步串行接口 標(biāo)準(zhǔn) ； ? 工作在單一的 +5V 電源； ? 低功耗 ，待機(jī)電流為 2μA，工作電流為 ； ? 小封裝， 8 個(gè)引腳的 DIP（雙列直插）封裝芯片。輸入模擬信號(hào)的電壓范圍為 0～ V，如模擬輸入電壓不在這個(gè)范圍要外加電路進(jìn)行電壓范圍的變換 。為保證采樣精度 ， 將 MAX187與單片機(jī)分開(kāi)供電。置為高電平或懸空進(jìn)入正常操作模式。 MAX187 用采樣／保持電路和逐位比較寄存器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 12 位的數(shù)字信號(hào) ， 其采樣／保持電路不需要外接電容。三線串行接口，兼容 SPI， QSPI， MicroWire總線。 如圖 25 所示為 模擬開(kāi)關(guān)電路 4067 的引腳圖： 圖 25 4067 引腳圖 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 表 22 多路模 擬開(kāi)關(guān) 4067 功能表： 輸 入 開(kāi) 關(guān) 通 道 INH D C B A L L L L L I/O0— COM L L L L H I/O1— COM L L L H L I/O2— COM L L L H H I/O3— COM L L H L L I/O4— COM L L H L H I/O5— COM L L H H L I/O6— COM L L H H H I/O7— COM L H L L L I/O8— COM L H L L H I/O9— COM L H L H L I/O10— COM L H L H H I/O11— COM L H H L L I/O12— COM L H H L H I/O13— COM 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 續(xù)表 22 輸 入 開(kāi) 關(guān) 通 道 INH D C B A L H H H L I/O14— COM L H H H H I/O15— COM H X X X X 關(guān) 斷 電路中選用了一個(gè)多路模擬開(kāi)關(guān)，有一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)化器即可，簡(jiǎn)化了硬件電路，節(jié)約成本。 CD4067 是數(shù)字控制模擬開(kāi)關(guān)，具有低導(dǎo)通阻抗，低截止漏電流和內(nèi)部地址譯碼的特征。最常見(jiàn)的可控開(kāi)關(guān)是繼電器，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路加高電平或低電平時(shí)，繼電器就吸合或釋放，其觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)電路。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)情況下都使用 P3口的第二功能。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。第 2功能 Vpp 對(duì) 8751編程時(shí)，編程電壓輸入端。平常，接“ 1”時(shí)， CPU 訪問(wèn)片內(nèi) 4KB 的 ROM，當(dāng)?shù)刂烦?4KB 時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外 ROM中的程序。常連接到片外 ROM 芯片的輸出允許端（ OE）作外部ROM 的讀選通信號(hào)。對(duì) 8751片內(nèi) ROM 編程寫入時(shí)：作為編程脈沖輸入端。正常時(shí) ,連續(xù)輸出振蕩器頻率的 1/6正脈沖信號(hào)。保持兩個(gè)機(jī)器周期高電平時(shí) ,完成復(fù)位操作。容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 外接晶體引腳： XTAL1 和 XTAL2 ? XTAL1（ 19腳）：反向振蕩放 大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 24 89C51 單片機(jī)的引腳圖 40 個(gè)引腳及其功能： 電源引腳： V